Niestandardowa lista kontrolna projektu baterii litowej dla projektów OEM

Niestandardowy projekt baterii litowej rzadko kończy się niepowodzeniem, ponieważ kupujący nie zna wymaganej pojemności. Częściej problemy zaczynają się, gdy początkowa specyfikacja jest niekompletna.

Zespół OEM może podać docelowe napięcie i pojemność, ale pominąć komorę baterii, prąd szczytowy, położenie złącza, metodę ładowania, temperaturę roboczą lub wymagania dotyczące ochrony. Dostawca może następnie przygotować ofertę opartą na założeniach. Założenia te mogą powodować problemy podczas pobierania próbek, integracji urządzeń lub produkcji masowej.

Dlatego też praktyczny proces projektowania baterii niestandardowych powinien rozpoczynać się od kompletnych założeń projektowych. Celem nie jest nakłonienie kupującego do samodzielnego decydowania o każdym szczególe technicznym. Celem jest dostarczenie producentowi wystarczającej ilości wiarygodnych informacji, aby mógł ocenić wykonalność, zalecić odpowiednią architekturę akumulatora i zidentyfikować wymagania, które nadal wymagają potwierdzenia.

Ta lista kontrolna zawiera główne informacje potrzebne przed złożeniem zamówienia na wycenę lub niestandardową próbkę baterii.

Szybka odpowiedź: jakie informacje są potrzebne w przypadku niestandardowej baterii litowej?

Kupujący OEM powinni zwykle przygotować następujące informacje:

Im pełniejsze informacje o projekcie, tym łatwiej jest ocenić niestandardową baterię litowo-jonową przed zaprojektowaniem, wyceną, pobraniem próbek i produkcją.

1. Najpierw zdefiniuj zastosowanie baterii

Baterię należy projektować wokół urządzenia, a nie wybierać ją jako izolowany element.

Zacznij od opisu:

• Co robi urządzenie;

• Jak często to działa;

• Niezależnie od tego, czy działa w sposób ciągły, czy przerywany;

• Czy ma tryby gotowości i aktywny;

• Niezależnie od tego, czy jest przenośny, stacjonarny, do noszenia czy przemysłowy;

• Czy bateria jest wymienna, czy zainstalowana na stałe;

• Czy urządzenie komunikuje się bezprzewodowo;

• Czy akumulator jest narażony na wibracje, uderzenia, wilgoć lub zmiany temperatury.

Na przykład urządzenie śledzące GPS może spędzać większość czasu w trybie gotowości, ale wymaga krótkich okresów wyższego prądu do pozycjonowania i transmisji danych. Urządzenie medyczne może wymagać stabilnej mocy wyjściowej i dokładnie kontrolowanej ochrony. Produkt do noszenia może kłaść większy nacisk na grubość, wagę, elastyczność i wygodę.

Informacje o aplikacji pomagają producentowi ocenić związek między wydajnością, zapotrzebowaniem na prąd, rozmiarem, ochroną i oczekiwanym czasem pracy.

2. Potwierdź wymagania dotyczące napięcia

Napięcie jest jedną z pierwszych specyfikacji, które należy potwierdzić.

W specyfikacji należy rozróżnić:

• Napięcie nominalne;

• Normalne napięcie robocze;

• Napięcie pełnego ładowania;

• napięcie odcięcia;

• Zakres napięcia wejściowego urządzenia;

• Wymagania wyjściowe ładowarki.

Urządzenie może być zaprojektowane w oparciu o baterię jednoogniwową lub zestaw baterii wieloogniwowych. Wymagane napięcie może mieć wpływ na konfigurację ogniwa, obwód zabezpieczający, system ładowania, złącze i strategię zarządzania akumulatorem.

Nie podawaj samego zwrotu, np. „Akumulator 12 V”, bez wyjaśnienia, w jaki sposób urządzenie i ładowarka wykorzystują to napięcie. Producent musi również wiedzieć, czy urządzenie akceptuje zmiany napięcia podczas rozładowania i czy wymagane jest regulowane wyjście.

Niedopasowanie napięcia może skutkować:

• Niekompatybilność ładowania;

• Wyłączenie urządzenia;

• Zmniejszona pojemność użytkowa;

• Nadmierne zapotrzebowanie bieżące;

• Aktywacja ochrony;

• Dodatkowe wymagania dotyczące konwersji mocy.

Dlatego napięcie należy sprawdzić łącznie z poborem mocy urządzenia i projektem ładowania.

3. Określ wymagania dotyczące wydajności i energii

Pojemność jest zwykle wyrażana w miliamperogodzinach lub mAh. Większa pojemność może zapewnić dłuższy czas pracy, ale może również zwiększyć rozmiar, wagę, koszt i czas ładowania baterii.

Jeśli to możliwe, podaj następujące informacje:

• Wymagana pojemność w mAh lub Ah;

• Docelowy czas działania;

• Średni prąd roboczy;

• Prąd czuwania;

• Czas trwania prądu szczytowego;

• Cykl pracy;

• Oczekiwana rezerwa baterii;

• Częstotliwość ładowania;

• Dopuszczalna waga akumulatora.

W przypadku zastosowań wymagających większej mocy przydatne może być również omówienie energii w watogodzinach:

Energia (Wh) = napięcie nominalne (V) × pojemność (Ah)

Użyteczny czas pracy akumulatora zależy nie tylko od jego pojemności nominalnej, ale także od obciążenia urządzenia, temperatury roboczej, szybkości rozładowania, ustawień odcięcia, warunków ładowania i wydajności systemu.

Przydatna specyfikacja OEM nie powinna po prostu stwierdzać:

Wymagany akumulator: 3,7 V, 2000 mAh.

Powinno wyjaśnić:

Urządzenie wymaga akumulatora o napięciu znamionowym zgodnym z systemem, docelowej pojemności około 2000 mAh, określonym prądzie roboczym, wymaganym prądzie szczytowym i minimalnym oczekiwanym czasie pracy w określonych warunkach pracy.

Ostateczną wydajność należy potwierdzić w drodze próbnych testów, a nie wybierać wyłącznie na podstawie wartości katalogowej.

4. Zdefiniuj prąd normalny, ciągły i szczytowy

Zapotrzebowanie na prąd wpływa na wybór ogniwa, spadek napięcia, rezystancję wewnętrzną, ustawienia zabezpieczeń i zachowanie termiczne.

W zarysie projektu należy oddzielić:

• Normalny prąd roboczy;

• Ciągły prąd maksymalny;

• Prąd szczytowy;

• Prąd rozruchowy lub rozruchowy;

• Czas trwania prądu szczytowego;

• Częstotliwość wydarzeń szczytowych;

• Prąd ładowania.

Urządzenie zużywające niski średni prąd może nadal wymagać akumulatora zdolnego do dostarczenia znacznie wyższego prądu krótkotrwałego. Jeżeli nie zostanie to zidentyfikowane na etapie projektowania, w akumulatorze może wystąpić nadmierny spadek napięcia lub zadziałać zabezpieczenie nadprądowe.

Prąd szczytowy należy opisać okresem czasu. Na przykład:

• 2 A dla normalnej pracy;

• 5 Szczyt przez 3 sekundy;

• Zdarzenie szczytowe powtarzane raz na 10 minut.

Ta informacja jest bardziej użyteczna niż ogólne stwierdzenie w rodzaju „akumulator wysokoprądowy”.

5. Zmierz dostępną przestrzeń na baterie

Dopasowanie mechaniczne jest podstawową częścią niestandardowej konstrukcji akumulatora.

Dostarcz rysunek, model 3D lub dokładne pomiary komory baterii, w tym:

• Maksymalna długość;

• Maksymalna szerokość;

• Maksymalna grubość;

• Dostępna wysokość;

• Kierunek instalacji;

• Punkty mocowania;

• Metoda przechowywania;

• Prześwit wokół akumulatora;

• Miejsce na tablicę zabezpieczającą;

• Miejsce na złącze i przewody;

• Prowadzenie kabli;

• Dostęp w celu wymiany lub kontroli.

Nie mierz tylko pustej komory. Projekt powinien uwzględniać także:

• Izolacja;

• Materiały ochronne;

• Wysokość złącza;

• Promień gięcia kabla;

• Tolerancja produkcyjna;

• Luz montażowy;

• Rozpraszanie ciepła;

• Kompresja mechaniczna;

• Możliwe różnice wymiarowe w trakcie produkcji.

W przypadku produktów kompaktowych różnica w położeniu złącza lub kierunku wyjścia kabla może uniemożliwić zamontowanie akumulatora, nawet jeśli wymiary ogniwa wydają się prawidłowe.

ZERNE’a niestandardowe rozwiązania w zakresie baterii litowych można oceniać pod kątem wymaganych wymiarów, pojemności, systemu ochrony, złącza i warunków zastosowania. Ostateczny projekt wymaga jeszcze porównania z rzeczywistą obudową urządzenia.

6. Zdecyduj o kształcie i strukturze baterii

Niestandardowa bateria litowa może mieć standardowy format prostokątny, cienki, zakrzywiony lub inny kształt dostosowany do sprzętu.

Specyfikacja powinna określać, czy akumulator potrzebuje:

• Standardowy kształt prostokątny;

• Cienka i płaska konstrukcja;

• Zakrzywiona lub ukształtowana forma;

• Wieloogniwowy akumulator;

• Zdejmowane etui;

• Sztywna obudowa;

• Niestandardowa konstrukcja montażowa;

• Szczególna orientacja komórki.

Wybór powinien opierać się na konstrukcji urządzenia i wymaganiach produkcyjnych. W pełni dostosowany kształt może poprawić wykorzystanie przestrzeni, ale może również wpływać na oprzyrządowanie, montaż, kontrolę, pakowanie i spójność produkcji.

W przypadku zwykłego prostokątnego przedziału bardziej praktyczna może być standardowa konstrukcja. W przypadku nieregularnych lub bardzo kompaktowych urządzeń lepszą integrację może zapewnić kształtowana lub cienka bateria.

Przed przystąpieniem do w pełni dostosowanej struktury zespoły OEM mogą również porównać kompromisy między: niestandardową baterię litową i gotowy zestaw baterii.

Projekt powinien również określać, czy zestaw akumulatorów wymaga:

• Połączenie szeregowe;

• Połączenie równoległe;

• Konfiguracja szeregowo-równoległa;

• Dopasowanie komórek;

• Oddzielna tablica zabezpieczająca;

• BMS z możliwością komunikacji.

7. Określ złącze i okablowanie

Złącze stanowi część interfejsu akumulatora i należy je sprawdzić przed pobraniem próbek.

Dostarczać:

• Marka lub seria złącza, jeśli jest to wymagane;

• Liczba pinów;

• Orientacja złącza;

• Lokalizacja złącza;

• Długość kabla;

• Wskaźnik drutu;

• Kierunek wyjścia drutu;

• Biegunowość;

• Wymagania dotyczące ołowiu równowagi;

• Układ przewodu ładującego i przewodu rozładowującego.

Bateria może mieć prawidłowe napięcie i pojemność, ale nadal nie będzie integrować się z urządzeniem, ponieważ złącze nie jest kompatybilne z płytą główną lub ponieważ kabel wychodzi z niewłaściwej strony.

Złącze należy sprawdzić łącznie z:

• Dostępna przestrzeń;

• Kierunek wstawiania;

• Metoda blokowania;

• Warunki wibracyjne;

• Kolejność montażu;

• Wymagania serwisowe;

• Wymagany prąd.

Aby uzyskać bardziej szczegółowe informacje na temat złączy, zobacz Złącza baterii LiPo i niestandardowe opcje okablowania.

8. Zdefiniuj wymagania dotyczące PCM, BMS i czujnika temperatury

System ochrony należy dobrać odpowiednio do architektury akumulatora i wymagań urządzenia.

W zarysie projektu należy wyjaśnić, czy projekt wymaga:

• Ochrona przed przeładowaniem;

• Ochrona przed nadmiernym rozładowaniem;

• Zabezpieczenie nadprądowe;

• Zabezpieczenie przed zwarciem;

• Monitorowanie temperatury;

• Równoważenie komórek;

• Informacje o stanie naładowania;

• Funkcje komunikacyjne;

• Kontrola ładowania i rozładowywania;

• Inteligentny interfejs baterii.

Bateria jednoogniwowa może wykorzystywać obwód ochronny o stosunkowo prostych funkcjach. Zestaw akumulatorów wieloogniwowych może wymagać bardziej zaawansowanego systemu BMS do monitorowania ogniw, równoważenia, rejestrowania usterek, komunikacji lub integracji systemu.

Kupujący powinien również wyjaśnić rolę systemu zabezpieczeń:

• Czy ładowarka jest sterowana przez akumulator?

• Czy urządzenie potrzebuje informacji o stanie baterii?

• Czy wymagany jest NTC?

• Czy urządzenie komunikuje się poprzez SMBus, CAN lub inny protokół?

• Czy BMS musi być umieszczony wewnątrz czy na zewnątrz obudowy akumulatora?

Ogólne wyjaśnienie wyboru systemu zabezpieczającego można znaleźć pod adresem PCM kontra BMS dla akumulatorów LiPo.

9. Opisz środowisko operacyjne

Wydajność baterii i wymagania projektowe mogą się znacznie zmieniać w zależności od środowiska operacyjnego.

Specyfikacja powinna zawierać:

• Zakres temperatury roboczej;

• Temperatura przechowywania;

• Temperatura ładowania;

• Wilgotność;

• Wibracja;

• Zaszokować;

• Narażenie na kurz lub wodę;

• Wysokość;

• Do użytku wewnątrz lub na zewnątrz;

• Oczekiwany okres użytkowania;

• Czas przechowywania przed instalacją.

Temperatura jest szczególnie ważna, ponieważ warunki ładowania i rozładowywania mogą nie być takie same. Bateria używana na zewnątrz, wewnątrz urządzenia przemysłowego lub w pobliżu elementu wytwarzającego ciepło może wymagać dodatkowej oceny termicznej.

Projekt powinien również określać, czy komora baterii jest:

• Całkowicie zamknięty;

• Wentylowane;

• W pobliżu źródła ciepła;

• Wystawiony na bezpośrednie działanie promieni słonecznych;

• Podlega powtarzającym się ruchom mechanicznym.

Szczegóły te należy wziąć pod uwagę przed wyborem ogniwa, systemu ochrony, obudowy i planu testów.

10. Potwierdź wymagania dotyczące ładowania

Niestandardowy akumulator powinien być kompatybilny z zamierzonym systemem ładowania.

Dostarczać:

• Typ ładowarki;

• Napięcie wyjściowe ładowarki;

• Maksymalny prąd ładowania;

• Metoda ładowania;

• Wymagania dotyczące ładowania salda;

• Złącze ładowania;

• Limity temperatury ładowania;

• Oczekiwany czas ładowania;

• Czy ładowanie odbywa się wewnątrz urządzenia.

Producent baterii powinien wiedzieć, w jaki sposób ładowarka, akumulator, system zabezpieczający i urządzenie współpracują ze sobą. Specyfikacja akumulatora, która nie obejmuje ładowarki, może być niekompletna.

Ładowarki nie należy dobierać wyłącznie według nominalnej pojemności akumulatora. Powinien także pasować do konfiguracji akumulatora, ustawień zabezpieczeń, napięcia ładowania, ograniczeń prądu i warunków zastosowania.

11. Przygotuj wymagania dotyczące testowania i walidacji

Przed masową produkcją należy sprawdzić konstrukcję baterii pod kątem urządzenia.

Początkowy zarys projektu powinien określać oczekiwany zakres walidacji, taki jak:

• Testowanie wydajności;

• Testowanie ładowania i rozładowania;

• Weryfikacja środowiska wykonawczego;

• Testowanie prądu szczytowego;

• Pomiar rezystancji wewnętrznej;

• Monitorowanie temperatury;

• Kontrola złączy i kabli;

• Pasowanie mechaniczne;

• Testy wibracyjne lub udarowe;

• Powtarzające się ładowanie i rozładowywanie;

• Testowanie integracji na poziomie urządzenia.

Warunki badania należy określić tak jasno, jak to możliwe. Wyniki pojemności mogą się różnić w zależności od prądu, temperatury, napięcia odcięcia, metody ładowania i sprzętu testowego.

Próbka powinna reprezentować zamierzony projekt produkcji. Jeśli ogniwo, płytka zabezpieczająca, złącze, przewód lub obudowa ulegną zmianie po testowaniu, projekt może wymagać dodatkowego przeglądu lub ponownej walidacji.

Aby zapoznać się ze szczegółowym przeglądem wymagań, opracowaniem prototypu, walidacją, produkcją pilotażową i produkcją masową, zobacz Od prototypu do produkcji masowej: etapy opracowywania baterii niestandardowych.

W tym artykule skupiono się na informacjach potrzebnych przed zaprojektowaniem i wyceną. Szczegółowe kryteria akceptacji próbki należy uwzględnić w oddzielnym przewodniku walidacji próbek baterii.

12. Zidentyfikuj potrzeby w zakresie zgodności i dokumentacji

Wymagania dotyczące zgodności zależą od konstrukcji akumulatora, rynku docelowego, kategorii produktu, metody transportu i wymagań klienta.

Przed wyceną określ, czy projekt może wymagać:

• Dokumentacja testowa UN 38.3;

• Karta charakterystyki lub karta charakterystyki;

• Specyfikacja produktu;

• Etykiety baterii;

• Dokumenty transportowe;

• RoHS lub inne istotne deklaracje;

• wymagania specyficzne dla rynku;

• Zapisy inspekcji specyficzne dla klienta.

Kupujący powinien również wyjaśnić:

• Kraje docelowe;

• Sposób wysyłki;

• Klasyfikacja produktu;

• Czy akumulator jest dostarczany zainstalowany w sprzęcie;

• Czy klient potrzebuje raportu z badań lub deklaracji;

• Czy dokumenty muszą dotyczyć konkretnego modelu baterii lub projektu produkcyjnego.

Dokumentację certyfikacyjną i transportową należy porównać z ostateczną konstrukcją akumulatora. Dokument dotyczący wcześniejszego prototypu może nie odzwierciedlać automatycznie późniejszego projektu produkcyjnego.

13. Lista kontrolna specyfikacji baterii OEM

Zanim poprosisz o wycenę, sprawdź następujące elementy.

Aplikacja

• Nazwa urządzenia i aplikacja;

• Tryby pracy;

• Docelowy czas wykonania;

• Środowisko operacyjne;

• Oczekiwany etap produkcji.

Elektryczny

• Napięcie nominalne;

• Napięcie pełnego ładowania;

• Pojemność;

• Normalny prąd;

• Prąd szczytowy;

• Prąd ładowania;

• Wymagania dotyczące odcięcia.

Mechaniczny

• Maksymalna długość;

• Maksymalna szerokość;

• Maksymalna grubość;

• Limit wagi;

• Miejsce na złącze;

• Sposób montażu;

• Trasa kablowa;

• Prześwit obudowy.

Ochrona i interfejs

• PCM lub BMS;

• NTC;

• Równoważenie komórek;

• Komunikacja;

• Złącze;

• Długość drutu;

• Pozycja wyjścia drutu.

Produkcja i zgodność

• Ilość prototypów;

• Szacunkowa wielkość produkcji;

• Przykładowe wymagania dotyczące testowania;

• Rynek docelowy;

• Potrzeby dokumentacyjne;

• Wymagania dotyczące pakowania i wysyłki.

Jeżeli projekt zbliża się do wyceny, należy również dokonać przeglądu głównych czynników kosztotwórczych. Osobny poradnik nt koszt niestandardowego zestawu baterii litowych i czynniki cenowe OEM mogą pomóc zespołom zaopatrzeniowym przygotować się do tej dyskusji.

Często zadawane pytania

Jaki jest pierwszy krok w projektowaniu baterii niestandardowych?

Pierwszym krokiem jest zdefiniowanie zastosowania urządzenia oraz jego wymagań elektrycznych, mechanicznych, środowiskowych i produkcyjnych. Akumulator powinien być projektowany z myślą o sprzęcie, a nie wybierany wyłącznie na podstawie napięcia lub pojemności.

Jakie informacje powinienem wysłać producentowi baterii niestandardowych?

Wyślij napięcie akumulatora, pojemność, zapotrzebowanie na prąd, wymiary, szczegóły złącza, zastosowanie, środowisko operacyjne, oczekiwaną ilość oraz wszelkie wymagania dotyczące PCM/BMS, testowania lub zgodności.

Czy niestandardową baterię litową można wykonać w określonym rozmiarze?

Można opracować niestandardowe wymiary baterii w zależności od konstrukcji urządzenia i dostępnej przestrzeni montażowej. Ostateczny rozmiar musi uwzględniać izolację, elementy zabezpieczające, złącza, kable, tolerancje i luz montażowy.

Czy muszę określić BMS przed złożeniem zapytania o wycenę?

Powinieneś wyjaśnić wymagania dotyczące urządzenia i ochrony, ale być może nie musisz samodzielnie wybierać dokładnego modelu BMS. Producent może zalecić odpowiedni PCM lub BMS po sprawdzeniu konfiguracji akumulatora, prądu, metody ładowania, potrzeb komunikacyjnych i warunków pracy.

Dlaczego szczegóły złącza są ważne?

Złącze wpływa na kompatybilność elektryczną, montaż, prowadzenie kabli, dostępną przestrzeń i łatwość serwisowania. Przed pobraniem próbek należy potwierdzić typ złącza, polaryzację, położenie, długość kabla i kierunek wyjścia przewodu.

Co należy przetestować przed masową produkcją?

Próbka może wymagać testów pojemności, ładowania i rozładowania, czasu pracy, prądu, temperatury, dopasowania mechanicznego, złącza i integracji urządzenia. Ostateczny plan walidacji powinien być zgodny z aplikacją i uzgodnioną specyfikacją.

Wniosek

Kompletna specyfikacja jest podstawą udanego projektu niestandardowej baterii litowej.

Przed złożeniem prośby o wycenę lub próbkę nabywcy OEM powinni określić zastosowanie, napięcie, pojemność, zapotrzebowanie na prąd, wymiary, konstrukcję akumulatora, złącze, system ochrony, metodę ładowania, środowisko operacyjne, wymagania testowe, oczekiwania produkcyjne i dokumenty dotyczące zgodności.

Celem niestandardowej listy kontrolnej projektu baterii nie jest zmuszanie kupującego do samodzielnego podejmowania każdej decyzji technicznej. Ma on zapewnić producentowi akumulatorów wystarczającą ilość wiarygodnych informacji, aby ocenić wykonalność, zidentyfikować ryzyko, zalecić odpowiedni projekt i przygotować dokładniejszą wycenę.

W przypadku niestandardowego projektu baterii litowej udostępnij aplikację urządzenia, docelową pojemność, napięcie, dostępną przestrzeń na baterii, zapotrzebowanie na prąd, wymagania dotyczące złączy, oczekiwaną ilość i potrzeby testowania zespołowi inżynierów baterii niestandardowych ZERNE. Zespół może przejrzeć wstępną specyfikację i pomóc w opracowaniu odpowiedniego rozwiązania akumulatorowego na potrzeby pobierania próbek i produkcji.